轨道交通牵引供电系统综述
在各行各业不断发展的今天，轨道交通扮演了非常重要的角色，可以说轨道交通已经成为了现如今生活生产中必不可少的一项组成内容。在轨道交通系统中，牵引系统是重要的组成内容，所以也是轨道交通研究人员重点关注的内容。为了进一步保证轨道交通系统的安全性和可靠性，本文将就轨道交通牵引供电系统展开论述。
标签：轨道交通；牵引供电；供电系统
1 牵引变压器
1.1 普通铁路牵引变压器
普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。
1.2 高速铁路牵引变压器
我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。
2 牵引供电系统
2.1 牵引变电站
2.1.1 牵引变电站位置确定
牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。
2.1.2 牵引变电站设备
牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并
城市轨道交通牵引供电系统复习资料 第一章电力牵引供电系统概述 1、电力牵引的制式概念： 供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流或电压制式，包括直流/交流制、电压等级、交流电频率、交流制中单相/三相等问题。 2、电力牵引系统性能要求： ①启动加速性能：启动力矩大，加速平稳； ②动力设备容量利用充分：轻载时，运行速度高；重载时，运行速度可以低一些。功率容量 P=FV近似于常数； ③调速性能：速度调节容易实现，能量损耗小。 满足上述条件：直流串激（串励）电动机。 3、直流串励电动机优缺点： 通过串联电阻调速，原理简单，调速范围宽，供电系统电压损失和能量消耗较大，而且需要换向。 4、城市轨道交通牵引制式：直流供电制式。 城市轨道机车功率不大，供电半径小，城市之间运营供电电压不能太高，以确保安全。我国国标规定采用750V 和1500V直流供电两种制式，不推荐600V。 5、城市轨道交通电力牵引供电系统组成：发电厂（站）、升压变压器、电力网（110-220KV）、主降压变电站（110~220KV→10~35KV）、直流牵引变电所（10~35KV→1500、750V）、馈电线、接触网、走行轨道、回流线。 6、组成统一的电力供电系统的优点： ①充分利用动力资源；②减少燃料运输；③提高供电可靠性；④提高发电效率。 7、环形供电接线：由两个或两个以上主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。 8、环形供电接线的优缺点：环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中断任何一个牵引变电所的正常
供电。但其投资较大。 9、双边供电接线：由两个主降压变电站向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性．用双路输电线供电，而每路按输送功率计算。这种接线可靠性稍低于环行供电。当引入线数目较多时，开关设备多，投资增加。 10、电网向牵引变电所供电形式：环形供电接线、双边供电接线、单边供电接线、辐射形供电接线。 11、最简单单相半波整流： 12、单相半波整流原理：13、单相全波整流原理： 14、三相半波整流原理：
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么？ 安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点？（特点只列举了突出点） （1）地铁：单向运量3-7万人次/h ,建设成本最高 （2）轻轨：单向运量2-4万人次Ph （3）市郊铁路：单向运量6-8万人次/h ,建设成本最低，站间距大，速度最快。 （4）独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么？ 功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误操作，方便灵活的调度, 完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？ （1）外部供电系统（中压环网供电系统） （2）牵引供电系统 （3）动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式？ （1）直流制式 （2）低频单相（少用） （3）工频单相 （4）交流制式（淘汰）6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护？ 原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很大。牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：（1）引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 （2）弓I起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 （3）电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： （1）降低走行轨的对地电位 （2）增加走行轨对地的过渡电阻 （3）敷设迷流收集网
第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求？ （1）2路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种？ 集中式一般为IOKV东北地区沈阳，哈尔滨为66KV 分散式为35KV或10KV 3、城轨交通供电系统为什么会产生谐波？如何治理？ 因为城轨交通中广泛使用各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备，这些设备均为谐波源。 治理：（1）增加牵引整流机组的脉波数 （2）安装滤波装置或谐波补偿装置 4、外部供电系统对城轨交通供电系统是供电方式有哪几种？各有什么特点？ （1）集中式供电，采用专用主变电所构成的供电方案，有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。 （2）分散式供电，在地铁沿线直接由城市电网引入多路地铁所需要的电源。 （3）混合式供电，以集中式供电为主，个别地段直接引入城市电网电源作为补充，供电系统更加完善可靠。 5、城轨交通主动变电所的位置应如何选择？ （1）应尽量靠近城市轨道交通路线，接近负荷中心 （2）各主变电所的负荷平衡，两侧的供电距离基本相同 （3）靠近城市轨道交通车站 （4）考虑路网规划与其他城市交通路线资源共享，并预留电缆通道和容量6、什么是中压网络？ 通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所，降压变电所连接起来，横 向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。 7、中压网络有哪些电压等级？ 35，20,10,6,3KV 8、中压网络有哪些结构形式？ （1）树形（针对集中式供电） （2）点对点式（针对分散式供电） 第三章 1、城轨交通牵引变电所的类型有哪些？
轨道交通牵引供电系统综述 在各行各业不断发展的今天，轨道交通扮演了非常重要的角色，可以说轨道交通已经成为了现如今生活生产中必不可少的一项组成内容。在轨道交通系统中，牵引系统是重要的组成内容，所以也是轨道交通研究人员重点关注的内容。为了进一步保证轨道交通系统的安全性和可靠性，本文将就轨道交通牵引供电系统展开论述。 标签：轨道交通；牵引供电；供电系统 1 牵引变压器 1.1 普通铁路牵引变压器 普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。 1.2 高速铁路牵引变压器 我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。 2 牵引供电系统 2.1 牵引变电站 2.1.1 牵引变电站位置确定 牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。 2.1.2 牵引变电站设备 牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并
1牵引供电系统：从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称“牵引供电系统” 2杂散电流：绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其回路的，由于钢轨大地之间不是绝缘的，因此回流电流必有部分经大地回牵引所，这部分电流因土壤的导电性质，地下管道位置不同，可以分布很广，故称杂散电流。 3.GIS：六氟化硫全封闭组合电器，它是在六氟化硫断路器的基础上把各种控制保护电器全部封装的组合电器设备。 4远动控制：又称遥控即在远离变电所（执行端）的电气设备进行控制。 5距离控制:即在主控制室内对变电所的一次设备集中进行控制监测，开关位置信号-中央信号以及继电保护装置等都配置在主控制室的屏台上，便于监视和管理运行。 6安装接线图：为二次设备的制造安装或调试检修而专门绘制的安装图 7二次原理图：也称归总式原理图，用来表示二次设备中的监视仪表，控制与信号，保护和自动装置等的工作原理图。 一．简述断路器的主要功能？答：断路器又叫高压开关，断路器不仅可以切断和闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且，当系统发生故障时，它与保护装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。 二．简述地铁动力照明结构及功能？答： 三．简述直流牵引所的保护？答： 四．接触网设计过程中应满足什么要求？答：1.接触网 悬挂应弹性均匀高度一致， 在高速行车和恶习的气象 条件下，能保证正常取。2. 接触网结构应力求简单，并 保证在施工和运营检修方 面具有充分的可靠性和灵 活性。3.接触网寿命应尽量 长，具有足够的耐磨性和抗 腐蚀能力。4.接触网的建设 应注意节约有色金属及其 他贵重材料，以降低成本。 五．简述地面架空接触网组 成及功能？答：架空式接触 网由接触悬挂，支撑装置， 支柱与基础设施几大部分 组成。接触悬挂是将电能传 导给电动车组的供电设备。 支持装置用来支持悬挂，并 将悬挂的负荷传递给支柱 和固定装置。支柱与基础用 以承受接触悬挂和支撑装 置所传递的负荷（包括自身 重量），并将接触线悬挂固 定在一定高度。 六．简述地下迷流防护措 施？答：在电力牵引方面： 提高供电电压，减小牵引所 距离，采用双边供电，减小 钢轨电阻，增加回流线减少 回流电阻，增加到道泄漏电 阻，定期检测。在埋设金属 管方面:尽量远离，在金属表 面或接头处采用绝缘，采用 防电蚀电缆线路，在电缆上 包铜线套钢管，在地下管道 涂沥青包油毡，设排流装 置。 七．牵引变电所计算需要的 参数有那些？答：1.馈电线 及牵引变电所的平均电流， 有效电流，最大电流；2.电 动车辆或机车在供电区段 内运行时的平均电压损失 及最大电压损失；3.接触网 中平均功率损失等 八．高压控制电路构成及作 用？答：主要由控制元件， 中间放大元件与继电器以 及操作机构等几部分组成。 1控制元件：运行人员用来 发出开关跳，合闸操作命令 的操作按钮。2 中间放大元 件与继电器：将控制元件的 操作命令转化成高压开关 的电磁操作机构所需要的 大电流。3操作机构;直接对 高压开关进行分，合闸操 作。 九．电气主接线的要求是？ 答：可靠性:保证在各种运行 方式下，牵引负荷以及其他 动力的供电连续性。灵活 性：在系统故障或变电所设 备故障和检修时，能适应调 度的要求，灵活便捷迅速地 改变运行方式，且故障影响 的范围最小。安全性：保证 在进行一切操作切换时，工 作人员和设备的安全以及 能在安全条件下进行维护 检修工作。经济性应使主接 线投资与运行费用达到经 济合理。 十．简述断路器控制回路的 要求？答;1高压开关的合 跳闸回路是按短路通过大 电流脉冲来设计的。操作或 自动合跳闸完成后，应迅速 自动断开跳合闸回路以免 烧损线圈。2控制回路应能 在控制室由控制开关控制 进行手动跳合闸，又能在自 动装置和继电保护作用下 自动合闸或跳闸，同时能由 远方调度中心发送控制命 令进行跳合闸。3应具有高 压开关位置状态的信号，事 故跳闸与自动合闸的闪光 信号。4.具有防止断路器多 次合跳闸的“防跳”装置。 5.采用液压和气压操作的机 构，跳合闸操作回路中应分 别设有液压和气压闭锁，在 低于规定标准压力情况下， 闭锁操作回路。断路器和隔 离开关配合使用时，应有防 误操作的闭锁措施。6.对跳 合闸回路及其电源的完好 性，应能进行监视。
城市轨道交通供电系统分析 摘要: 本文从城市轨道交通供电系统的功能、构成、以及系统的外部电源方案等 方面对城市轨道交通供电系统进行了简述。在此基础上引入了城市轨道交通供电系 统中压网络的概念，中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。轨道交 通配电作为轨道交通的重要构成部分，起着非常重要的作用。最后提出变电所综合 自动化的重要性。 关键字: 城市轨道交通供电系统；中压网络；配电系统；变电所综合自动化 0 引言 城市轨道交通供电系统是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称。城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。 城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。 在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。 保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。 1 城市轨道交通供电系统的主要功能 （一）、城市轨道交通电动车组运行所需电能供应；牵引用电。 （二）、城市轨道交通机电设备运转所需电能供应：风机、空调、自动扶梯、电梯、水 泵、加工设备等。 （三）、城市轨道交通通信信号设备运行所需电能供应。 （四）、城市轨道交通照明及其他生产生活用电供应。 2 城市轨道交通供电系统的组成 城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和城市轨道
牵引供电系统简介 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路:AC110 kV或AC2２０kV，城市轨道交通:中心变电所AC22０ｋＶ或AC１1０kＶ→AC35kV环网)引入牵引供电系统的牵引变电所,通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路:AＣ２5kV或AC2×２5kV，城市轨道交通：DＣ75０V、DＣ150０Ｖ或DＣ3000V）,向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷,引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用,能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1．１和图１.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统 图1.２城市轨道交通牵引供电系统
二、牵引网供电方式 1.交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种:直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式)、BＴ供电方式和AT供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图２.1)和带回流线的直接供电方式(图２.2)两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式 图2．2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地(设接地极或通过火花间隙)，或者通过架空地线实现集中接地(架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式,机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所(约7０%），其余通过回流线流回牵引变电所(约３0%)。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线(铝芯或铜芯电缆，常用VLV－70和2xVＬＶ－１５0)与信号扼流圈中性点连接(吸上线间距3～4kｍ)。
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么 安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点（特点只列举了突出点） （1）地铁：单向运量3-7万人次/h，建设成本最高 （2）轻轨：单向运量2-4万人次/h （3）市郊铁路：单向运量6-8万人次/h，建设成本最低，站间距大，速度最快。 （4）独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么 功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误操作，方便灵活的调度，完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成各组成部分的作用是什么 （1）外部供电系统（中压环网供电系统） （2）牵引供电系统 （3）动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式 （1）直流制式 （2）低频单相（少用） （3）工频单相 （4）交流制式（淘汰） 6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护 原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很大。牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：（1）引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 （2）引起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 （3）电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： （1）降低走行轨的对地电位 （2）增加走行轨对地的过渡电阻 （3）敷设迷流收集网 第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求 （1）2路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷。 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种 集中式一般为10KV，东北地区沈阳，哈尔滨为66KV
牵引供电系统简介 （丁为民） 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路： AC110 kV或AC220kV ，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或AC110kV →AC35 kV 环网）引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2×25kV ，城市轨道交通：DC750V 、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1.1和图1.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统
图1.2 城市轨道交通牵引供电系统 二、牵引网供电方式 1. 交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT 供电方式和AT 供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1 和带回流线的直接供电方式(图2.2 两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式
图2.2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150）与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3～4km ）。 （2） BT 供电方式 BT （Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电
第38卷第8期电力系统保护与控制Vol.38 No.8 2010年4月16日Power System Protection and Control Apr.16, 2010 城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算 刘 炜，李群湛，陈民武 (西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031) 摘要：针对城轨牵引供电计算现状，即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代，简化了交直流系统的内在联系，在一定程度上影响计算的精度，探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法，并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解，利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。 关键词: 城市轨道；牵引供电计算；仿真分析 Study of unified AC / DC power flow in DC traction power supply system LIU Wei, LI Qun-zhan, CHEN Min-wu (School of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China) Abstract：Traditional power flow for DC traction power supply system usually carries out at DC traction side or executes separately at AC/DC sides, which simplifies the internal relationship and reduces the calculation precision. Through analyzing the model of parallel-connected 12 pulse uncontrolled rectifier, a unified AC/DC power flow for DC traction power system based on improved Newton-Raphson method and Gauss-Seidel method is discussed and applied in 10-node hybrid traction power supply system for practical verification. The unified AC/DC power flow algorithm has been successfully applied in simulation system of DC traction power supply system. Key words：urban railway; traction power calculation; simulation analysis 中图分类号： U231.92; TP391 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)08-0128-06 0 引言 牵引供电计算在城轨供电系统的设计工作中占有极其重要的地位，是进行供电系统设计必须的一项工作，它关系到供电系统构成、牵引供电方式、变电所设置等多项系统设计的关键因素。 国内外众多学者对城轨牵引供电计算进行了深入的研究。Tylavsky对6脉波整流机组建立功率电压方程，采用牛顿-拉夫逊法求解牵引供电系统交直流混合潮流[1]。Yii-Shen Tzeng指出直流牵引供电系统中R/X较大，忽略换相电阻会导致潮流计算误差，其建立的6脉波整流机组模型中详细考虑了换相电阻和精确的基波电流，并提出一种城市轨道交直流统一的潮流计算方法[2]。蔡炎等建立了考虑复杂地网模型的多支路直流牵引供电网络模型，并采用节点电压法进行数值求解[3]。C.S.Chen，Y.S Tzeng分析了12脉波整流机组带平衡电抗器和不带平衡电抗器，各工作模式下的基波、谐波数学模型[4-5]。王晓东基于CAD技术、电路网络理论提出了一种城轨牵引供电系统仿真方法，这种研究方法成功应用在上海地铁1号线、2号线、东方明珠线的牵引供电系统研究中[6]。于松伟、史凤丽建立了牵引网动态模型，采用回路法求解牵引供电系统，并开发了城市轨道交通牵引供电仿真软件URTPS[7]。刘海东将列车牵引计算和供电计算结合，建立了实时计算牵引变电所负荷过程的供电仿真系统[8]。刘学军提出了城轨牵引供电计算的RS模型及其算法[9]。 目前比较成熟的直流牵引供电系统仿真分析软件有Carnegie-Mellon大学的EMM [10]；ELBAS针对城轨牵引供电系统仿真的SINANET [11]，该系统国内设计院均有引进。国内的一些设计院和科研所也自行研发了仿真分析设计软件。 城轨牵引供电计算一般将交流侧等效至直流侧进行或者交、直流侧分开迭代。实际上城轨供电系统是一混合系统，交直流互相耦合，相互影响。本文在12脉波整流机组模型的基础上，提出城市轨道
城市轨道交通供电系统课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气091 姓名：马静 学号： 200811203 指导教师：王思华 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2012 年 7月 20日
1 设计原始资料 1.1具体题目 2、某地铁车辆段动力设备负荷表如表2所示。试计算该车辆段的配电变压器容量。 表2 某车辆段计算负荷分布表 额定功率 需要系数功率因数 负荷类型序号负荷种类 (kW) 1 通信设备45 0.80 0.85 2 信号设备80 0.80 0.85 一 3 消防用电设备25 0.60 0.80 二 4 防灾用电设备35 0.60 0.80 级 5 通风设备65 0.70 0.90 负 6 检修动力125 0.85 0.85 荷7 各车间照明负荷105 0.70 0.80 8 应急照明55 1.00 0.80 9 车辆设备单体设备195 0.80 0.85 三10 通风空调设备155 0.60 0.90 级11 检修动力120 0.70 0.80 负12 电热设备75 0.60 0.70 荷13 各检修库照明负荷80 0.80 0.85 1.2 要完成的内容 配电变压器容量是指注入国家电网的功率总和，即主要反映在城市轨道供电系统的系统主变压器的容量选取上。变压器的容量是在负荷统计的基础上选定的，由于负荷预计不容易做准，—般按预计的最大负荷选择。 本设计主要完成车辆段配电变压器容量的计算，包括电流、无功功率、有功功率、视在功率以及总负荷的计算功率等。
2 设计内容 2.1 设计规程 配电变压器的容量需要在动力照明低压负荷齐全的基础上进行计算。在城市轨道交通车站、车辆段或控制中心，动力照明设备种类繁多，基本上不存在各机电设备同时工作的可能，而且各单种机电设备的多台设备也不会同时工作。因此，配电变压器容量不能简单地将各低压负荷容量进行叠加求得，而是应充分考虑城市轨道交通车站、车辆段或控制中心内各动力照明设备的运行特点，在考虑多台设备需要系数的基础上，对各低压负荷在不同运行方式下取同时系数后求得。 2.2 设计方案 对于配电变压器的容量，应充分考虑用电负荷的设备构成与运行工况，优化计算统计方法，合理进行选择，以达到投资合理、运行效率高、电能损耗小、运行费用低的目的。 3 容量计算 3.1 计算内容 配电变压器的容量计算需要计算以下内容： (1) 各低压负荷的计算电流、计算功率、无功功率，总负荷的计算功率、无功功率、视在功率。 (2) 补偿前的总功率因数、需要补偿的无功功率容量、补偿后的视在功率。 (3) 正常情况下两台配电变压器分列运行承担全部低压负荷时，每台配电变压器的负载率。 (4) 非正常情况下一台配电变压器承担全部一、二级低压负荷时，单台配电变压的负载率 3.2 负荷计算 3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式 a) 有功计算负荷（单位为kW ） N di P K P ci (1)
第二章城市轨道交通供电系统描述 ●第一节供电系统的组成与功能 ●地铁供电系统是为地铁运营提供所需电能的系统，它不仅为地铁电动列车提供牵引用 电，而且还为地铁运营服务的其它设施提供电能，如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。 ●地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所（或电源开闭所）、牵引供电系统、动力照 明供电系统、电力监控系统。其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。 幻灯片26 ●地铁系统是一个重要的用电负荷。按规定应为一级负荷，即应由两路电源供电，当任 何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证地铁重要负荷的全部用电需要。在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷，而动力照明等用电负荷根据它们的实际情况可分为一级、二级或三级负荷。地铁外部电源供电方案，可根据实际情况不同分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。 幻灯片27 第二节变电所的分类 ●地铁供电系统中一般设置三类变电所，即主变电所（分散式供电方式为电源开闭所）、 降压变电所及牵引降压混合变电所。 ●主变电所是指采用集中供电方式时，接受城市电网35kV及以上电压等级的电源，经其 降压后以中压供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所。 ●降压变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能并降压变成低压交流电。 ● 幻灯片28 ●牵引变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所 需要的直流电。 ●主变电所：专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽。 ●牵引变电所：为列车提供适应的电源。 ●降压变电所（配电变电所）：为车站、隧道动力照明负荷提供电源。 幻灯片29 第四节供电系统主要运行方式 ● 1 10kV系统运行方式 ● 1.1 正常运行方式 ●变电所10kV母联开关和开闭所间联络开关均处于打开状态，每座变电所由2回电源供 电，两段10kV母线分列运行。变电所由开闭所按不同的供电分区供电。 1.2 其它运行方式 1.2.1 故障或检修运行方式 开闭所一回10kV外电源退出时的运行方式时，合上开闭所母联开关，由另一回10kV外电源向该开闭所供电范围内所有变电所供电。 非开闭所一回10kV进线电源退出运行时，合上该变电所母联开关，由另一回10kV进线电
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么？安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面 景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点？(特点只列举了突出点) (1)地铁：单向运量3-7万人次/h，建设成本最高 (2)轻轨：单向运量2-4万人次/h (3)市郊铁路：单向运量6-8万人次/h，建设成本最低，站间距大，速度最快。 (4)独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么？功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误 操作，方便灵活的调度， 完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？ ( 1 )外部供电系统(中压环网供电系统) ( 2)牵引供电系统 ( 3)动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式？ ( 1 )直流制式 ( 2)低频单相(少用) ( 3)工频单相 ( 4)交流制式(淘汰) 6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护？原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很 大。牵引电流泄漏到隧道或道 床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：( 1 )引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 ( 2)引起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 ( 3)电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： ( 1 )降低走行轨的对地电位 ( 2)增加走行轨对地的过渡电阻 ( 3)敷设迷流收集网
第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求？ （1）2 路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2 路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷。 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种？集中式一般为10KV ，东北地区沈阳，哈尔滨为 66KV 分散式为35KV 或10KV 3、城轨交通供电系统为什么会产生谐波？如何治理？因为城轨交通中广泛使用各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备，这些设备均为谐波源。 治理：（1）增加牵引整流机组的脉波数 （2）安装滤波装置或谐波补偿装置 4、外部供电系统对城轨交通供电系统是供电方式有哪几种？各有什么特点？ （1）集中式供电，采用专用主变电所构成的供电方案，有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。 （2）分散式供电，在地铁沿线直接由城市电网引入多路地铁所需要的电源。 （3）混合式供电，以集中式供电为主，个别地段直接引入城市电网电源作为补充，供电系统更加完善可靠。 5、城轨交通主动变电所的位置应如何选择？ （1）应尽量靠近城市轨道交通路线，接近负荷中心 （2）各主变电所的负荷平衡，两侧的供电距离基本相同 （3）靠近城市轨道交通车站 （4）考虑路网规划与其他城市交通路线资源共享，并预留电缆通道和容量6、什么是中压网络？通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所，降压变电所连接起来，横向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。 7、中压网络有哪些电压等级？35，20,10,6,3KV 8、中压网络有哪些结构形式？ （1）树形（针对集中式供电） （2）点对点式（针对分散式供电）
1系统概述 (3) 2系统设计 (7) 2.1系统设计效果图 (7) 2.2系统功能模块组成 (8) 2.2.1变电所硬件设备实物 (8) 2.2.2网络化交互式实训系统 (8) 2.2.3教员监控与管理系统 (8) 2.2.4供电调度实训系统的通信接口和接口协议 (9) 2.3系统设计思路 (9) 2.3.1实物设备与虚拟变电所相结合 (9) 2.3.2采用情景化专家引导实训模式 (10) 2.3.3数字化三维场景与主电气图仿真 (10) 2.3.4构建全真虚拟变电所 (11) 2.3.5接口 (15) 2.4一次系统整体设计 (15) 2.5二次系统工作条件模拟方案 (17) 2.6实物设备与仿真设备之间的联动 (18) 2.6.1电信号模拟数字化微处理工控机 (18) 2.6.2终端控制逻辑服务器 (18) 2.6.3仿真主变中主变差动、综合测控、主变本体、主变后备
18 2.6.4实物开关柜中智能模块 (19) 2.6.5控制台服务器系统 (19) 2.6.6自动化电力调度系统 (19) 2.6.7电气故障模拟及诊断系统 (20) 3教学培训实现 (24) 3.1变电所综合自动化 (24) 3.1.1系统总述 (24) 3.1.2系统结构 (26) 3.1.3系统功能 (26) 3.1.4系统控制、监视、测量范围 (29) 3.1.5电力调度中心主站系统 (30) 3.1.6SCADA系统复示终端 (32) 3.2网络化交互式演练系统设计方案 (38) 3.2.1网络化交互式演练系统 (38) 3.2.2系统概况 (40) 3.2.3系统实训功能 (40) 3.3教员监控与管理系统 (43)
城市轨道交通直流牵引系统框架保护 框架保护是直流供电系统中特有的保护类型，接触轨为正极，走行轨为负极。电流除了从走行轨返回，还可以从大地返回，这样的杂散电流很大，所以，直流供电系统设计为不接地系统。但是设备外壳是接地的，如果发生正极接地，正极通过设备外壳对负极间的短路电流突然增大，钢轨与车身外壳是相连为负极的，旅客上下车将有严重的生命危险。 摘要：本文分析地铁直流框架保护的重要性及原理，简述地铁直流框架绝缘安装的方法。 关键词：核心期刊投稿,城市轨道交通,框架保护,绝缘安装 1 直流牵引系统为什么要设置框架保护和绝缘安装 框架保护实时检测对地绝缘的直流供电设备正极与接地的柜体之间的绝缘状况，在断路情况下，作用于直流断路器跳闸。直流牵引系统正或负一极接地没有什么危害，但是两级都接地后对直流设备影响很大，可能烧坏直流用电设备或使直流用电设备不能正常工作，因此必须进行绝缘安装。 2 直流牵引系统框架保护原理 2.1 框架保护分为电压框架保护和电流框架保护两种 (1)电压框架保护采集信号的对象是负极与设备外壳(地)之间的电位差，在车站装设有轨电位限位装置(短路器)，如果负极对地电压升高，即走行轨对地的电压升高，轨电位限位装置直接将钢轨接地，以保证人生安全，但是，如果电压达到整定的值，轨电位限位装置还没有将刚轨
接地，电压框架保护动作，所以，电压型的框架保护相当于轨电位限位装置的后备保护。 (2)电流框架保护采集信号的对象是设备的外壳对地的泄露电流，包括整流器柜，负极柜和直流开关柜。其主要目的是保护人生的安全。 (3)运行过程中，通过判断检测到的故障电流和电压，实现保护跳闸切除故障。一般来说，牵引变电所的直流开关柜、负极柜与整流器柜绝缘安装;并采用连接电缆将直流设备的外壳保护接地连接成一个整体，通过负极柜的电流元件与牵引变电所接地网单点相连。 3 直流牵引系统框架保护可靠性提高 在轨道交通运营几年后，会发生框架保护误动作的现象。目前框架保护采用低阻框架保护装置，直流牵引供电系统如果在直流设备内发生正极对壳体的泄露，短路电流会经过壳体、地、轨-地泄露电阻或排流二极管、轨道电位限制装置流回负极母线，这种泄露故障最初一般的短路电流都不大，但如果不及时清除，事故会逐渐发展扩大，短路电流可能由最初的几十安培上升到几万安培。因此为保护直流设备设置专门保护装置，以在泄露初期就及时快速将故障清除，同时也带来了框架保护的高灵敏性，一旦该装置内受潮或粉尘侵入，本所内整流机组高压侧断路器及所有直流断路器跳闸，并联跳同一供电区的相邻牵引变电所直流断路器，并闭锁本所、相邻牵引变电所直流断路器。 4 直流牵引系统设备绝缘安装 由于地铁牵引供电采用直流电源，当牵引电源正、负极不采取绝缘措施与大地接触后，电流流入埋地金属，再从埋地金属体流出，进入大
城市轨道交通供电系统
第一章 电力牵引供电系统综述 一、 电力牵引的制式 对牵引列车的电动车辆或电力机车特性的基本要求： 1、起动加速性能 要求起动加速力大而且平稳，即恒定的大的起动力矩，便于 列车快速平稳起动。 2、动力设备容量利用 对列车的主要动力设备——牵引电动机的基本性能要求为，列车轻载时，运行速度可以高一些，而列车重载时运行速度可以低一些。这样无论列车重载或轻载都可以达到牵引电动机容量的充分利用，因为列车的牵引力与运行速度的乘积为其功率容量，这时近于常数。 3、调速性能 列车运输，特别是旅客运输，要求有不同的运行速度，即调速。在调速过程中既要达到变速，还要尽可能经济，不要有太大的能量损耗，同时还希望容易实现调速。 低频单相交流制是交流供电方式，交流电可以通过变压器升降压，因此可以升高供电系统的电压，到了列车以后再经车上的变压器将电压降低到适合牵引电动机应用的电压等级。由于早期整流技术的关系，这种制式采用的牵引电动机在原理上与直流串激电动机相似的单相交流整流子电动机。这种电动机存在着整流换向问题，其困难程度随电源频率的升高而增大，因此采用了“低频”单相交流 制，它的供电频率和电压有 25 HZ 、6.5～11 kV 和163 2HZ 、12～15 kV 等类型。由于用了低频电源使供电系统复杂化，需由专用低频电厂供电，或由变频电站将国家统一工频电源转变成低频电源再送出，因此没有得到广泛应用，只在少量国家的工矿或干线上应用。 “工频单相交流制”。这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处，又仍旧采用直流串激电动机作为牵引电动机的优点，在电力机车上装设降压变压器和大功率整流设备，它们将高压电源降压，再整流成适合直流牵引电动机应用的低压直流电，电动机的调压调速可以通过改变降压变压器的抽头或可控制整流装置电压来达到。工频单相交流制是当前世界各国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式。我国干线电气化铁路即采用这种制式，其供电电压为25kV 。 在牵引制的发展过程中曾出现过“三相交流制”的形式，但由于供电网比较复杂，必须要有两根（两相）架空接触线和走行轨道构成三相交流电路，两根架空接触线之间又要高压绝缘，造成的困难和投资更大，因此被淘汰。 关于直流制式的电压等级应用情况大致如下：干线电气化铁路的供电电压有 3 kV 的，电压没有再提高是因为受到直流牵引电动机端电压的限制，其值一般为 l ．5 kV 左右，用 3 kV 供电，一般就需要将两台电动机串联联接，再提高供电电压其联接就更复杂，还涉及当时整流装置绝缘水平的问题。这种制式在原苏
城市轨道交通供电系统的中压网络研究一、供电系统的简介及中压网络的概念 1、城市轨道交通供电系统的功能 城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。 城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC 系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。 在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。 2、供电系统的构成 根据功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分成以下几部分：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电，城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分：外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分成降压变电所与动力照明。 但在进行初步设计与施工设计时，为便于设计管理，供电系统往往被划分成：系统设计；主变电所设计；牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计；牵引网设计；电力监控系统设计；杂散电流腐蚀防护设计(注：动力照明随同土建一起设计)。 3、外部电源方案 城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。 (1) 确定外部电源方案的原则 城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电围多在10km~30km之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。 (2) 集中式供电 在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这